PL217671B1 - Sposób monitorowania położenia urządzenia ważącego i urządzenie do monitorowania położenia urządzenia ważącego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do monitorowania położenia jak i sposób wyznaczania przechyłu, które są przeznaczone do stosowania zwłaszcza w wagach elektronicznych.

Powszechnie używane typy wag elektronicznych należy poziomować po każdej zmianie lokalizacji. Z reguły, jest to dokonywane ręcznie poprzez wkręcanie lub wykręcanie nóżek wagi przy jednoczesnej obserwacji pęcherzyka poziomicy typu libella. Poziomowanie wagi nabiera szczególnego zna₅ czenia dla wag o rozdzielczościach 10⁵ i większych. Tradycyjne rozwiązanie może prowadzić do błędów spowodowanych nieświadomością operatora. Natomiast jeżeli procesor wagowy posiada bieżącą informację o przechyle urządzenia, daje to możliwość ustawienia programowego alarmu, który zapobiegnie błędnemu ważeniu.

Znany jest z opisu wynalazku nr WO 2008071270 sposób i układ do pomiaru położenia wagi elektronicznej, zawierający przezroczystą poziomicę z płynem i pęcherzykiem powietrza, która u góry posiada cztery fotodetektory służące do detekcji położenia pęcherzyka powietrza. Górna ścianka pojemnika z pęcherzykiem jest wypukła, a pod dolną umieszczone jest źródło światła - dioda LED. Światło emitowane przez diodę jest absorbowane przez fotoczułe elementy, a na wielkość sygnału każdej z czterech fotoelektrod ma wpływ położenie pęcherzyka znajdującego się na drodze światła. Następnie, sygnały położenia wagi podawane są bezpośrednio na mikroprocesor wagi poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy, podobnie jak sygnał pomiarowy podawany na ten sam mikroprocesor poprzez inny przetwornik analogowo-cyfrowy. Informacja o położeniu wagi jest wyświetlana na wyświetlaczu wagi. Wynalazek rozwiązuje ponadto problemy z błędami powodowanymi wpływem wibracji na urządzenie poziomicy.

Znany jest z opisu patentowego nr US7325321 sposób i urządzenie przeznaczone do monitorowania położenia przyrządu pomiarowego, w szczególności wagi. Dla wykonywania tej funkcji, waga jest wyposażona w czujnik, oparty o zasadę poziomicy z pojemnikiem z cieczą i pęcherzykiem powietrza. Zgodnie z wynalazkiem, pozycja pęcherzyka powietrza jest określana optycznie przez środki do emisji światła z jednej strony poziomicy i środki do odbioru emisji światła z drugiej strony poziomicy. Jako środek emisji światła zastosowano diodę LED, a środek do odbioru - fotodiodę. Sposób poziomowania wagi przebiega do momentu, w którym oś czujnika jest równoległa do osi siły przyciągania ziemskiego. Dodatkowo czujnik jest otoczony przez co najmniej jeszcze dwa elementy fotoelektryczne. Ich zadaniem jest sprawdzanie poziomu intensywności emisji światła w zadanych dopuszczalnych przedziałach. Tekst funkcjonalny jest wykonywany automatycznie wewnątrz monitorowanego urządzenia w celu potwierdzenia, że monitorowane urządzenie funkcjonuje prawidłowo.

Znane jest również rozwiązanie przedstawione w japońskim opisie JP 61108927 wagi o dużej precyzji, które zawiera poziomicę z płynem elektroprzewodzącym, elektrodami i sygnalizatorem akustycznym nieprawidłowego położenia wagi.

Jednym z czynników wpływających na dokładność pomiaru masy w różnego typu wagach elektronicznych jest odchylenie od poziomu części mechanicznej, na której jest oparta szalka. Celem budowy elektronicznego czujnika poziomu jest uzyskiwanie cyfrowej informacji o odchyleniu od poziomu w czasie rzeczywistym dla umożliwienia sygnalizacji tego odchylenia i ręcznego poziomowania urządzenia.

Sposób według wynalazku polega na tym, że dokonuje się odczytu obrazu z przetwornika obrazu mikrokamery i filtruje się zakłócenia w obrazie przy pomocy filtru medianowego, a następnie wyznacza się próg odcięcia tonalnego dla umożliwienia identyfikacji krawędzi obiektów, przy czym wyznacza się prostokąty referencyjne opisane zarówno na obwodzie pojemnika z cieczą jak i na obwodzie pęcherzyka. Następnie koryguje się położenie pęcherzyka powietrza, dla pozycji, kiedy pęcherzyk styka się z krawędzią urządzenia do monitorowania położenia i na podstawie znajomości pozycji dwóch wyznaczonych kwadratów wyznacza się odległość między ich środkami jako przesunięcie w osi x i y, a na końcu odległości w osi x i y między środkami wyznaczonych kwadratów zamienia się na stopnie kątowe i przekazuje się na wyjście urządzenia.

Urządzenie do monitorowania położenia wagi według wynalazku, ma przezroczysty pojemnik wypełniony przezroczystą cieczą i niewielkim pęcherzykiem powietrza oświetlone źródłem światła. Urządzenie do monitorowania położenia na sztywno połączone jest z obudową wagi i znajduje się w polu widzenia mikrokamery. Mikrokamera wyposażona jest w przetwornik obrazu, który jest połączony do układu mikroprocesorowego z wyjściem podłączonym do mikroprocesora wagi. Układ mikroprocesorowy ma zaimplementowany program do obróbki obrazu. Źródłem światła są diody LED, doPL 217 671 B1 brane i usytuowane tak, by zakresy skrajnych wartości tonów tarczy pojemnika z cieczą i pęcherzyka powietrza nie nakładały się na siebie. Urządzenie monitorowania położenia wykonane jest w kształcie walca z białą tarczą na spodzie walca.

Przechył wagi elektronicznej wyznacza się więc na podstawie zmiany charakterystycznych cech obrazu cyfrowego, w sposób automatyczny i obiektywny. Brak możliwości oceny wzrokowej przechyłu przez obsługujący personel, powoduje zwiększenie pewności prawidłowo dokonanego pomiaru masy z deklarowaną dokładnością pomiaru.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urządzenia, fig. 2 przedstawia zasadę wyznaczania obszarów charakterystycznych, a fig. 3 - algorytm działania urządzenia.

Urządzenie składa się z kilku podstawowych elementów. Pierwszym jest urządzenie monitorowania położenia, którym jest przezroczysty pojemnik w kształcie walca 1 wypełniony cieczą tak, aby pozostał niewielki pęcherzyk powietrza 2, który jest widoczny na jasnym tle płaszczyzny podstawy pojemnika. Aby funkcja monitorowania położenia była realizowana, waga i urządzenie monitorowania położenia muszą być sztywno sprzęgnięte mechanicznie, co determinuje umieszczanie ich w jednej obudowie. Drugim zasadniczym elementem jest mikrokamera z przetwornikiem obrazu 3, ustawiona tak, aby w jej polu widzenia był pojemnik 1 z pęcherzykiem powietrza. Powierzchnia pojemnika z cieczą jest dodatkowo oświetlana przy pomocy zespołu diod LED 4. Oświetlenie, pochodzące z diod 4, dobrano tak, aby zakres pomiędzy skrajnymi wartościami tonów tarczy pojemnika z cieczą nie nakładał się na zakres pomiędzy skrajnymi tonami pęcherzyka powietrza. Przetwornik obrazu 3 jest podłączony do układu mikroprocesorowego 5, który sczytuje i obrabia obraz. Na wyjściu 6 urządzenia podawany jest wynik w postaci współrzędnych charakteryzujących odchylenie urządzenia od poziomu, wyznaczone przesunięciem pęcherzyka powietrza 2 w urządzeniu monitorowania położenia 1. Wyjście 6 jest podłączone do mikroprocesora wagi w celu odczytu położenia wagi w czasie rzeczywistym. Przetwornik obrazu 3, wspólnie z układem mikroprocesorowym 5 i układ wyjściowy 6, stanowią mechanicznie i elektrycznie jedną całość. Natomiast przezroczysty pojemnik w kształcie walca urządzenia 1 jest oddzielnym elementem nie związanym mechanicznie z w/w elementem.

Pęcherzyk powietrza 2 jest fotografowany na jasnym tle przy pomocy mikrokamery 3 z prostą optyką i przetwornikiem obrazu. Sygnał z mikrokamery podlega filtrowaniu przy pomocy filtru medianowego, dzięki któremu usuwa się zakłócenia. Filtr ten jest wykorzystywany do usuwania zakłóceń losowych, których poziom intensywności znacznie odbiega od poziomu intensywności punktów sąsiednich. Następnie wyznacza się próg odcięcia tonalnego dla umożliwienia identyfikacji krawędzi obiektów, przy czym wyznacza się prostokąty/kwadraty referencyjne 7, 8 opisane zarówno na obwodzie pojemnika z cieczą 1 jak i na obwodzie pęcherzyka 2. Koryguje się położenie pęcherzyka powietrza dla pozycji, kiedy pęcherzyk styka się z krawędzią urządzenia 1 i na podstawie znajomości pozycji dwóch wyznaczonych prostokątów 7, 8 wyznacza się odległość między ich środkami, jako przesunięcie w osi x i y, a na końcu odległości w osi x i y między środkami wyznaczonych kwadratów zamienia się na stopnie kątowe. Za wskazanie pozycji poziomej urządzenia przyjmuje się kiedy pęcherzyk powietrza 2 znajduje się w położeniu uznanym za pozycję zerową, tj. w środku pojemnika z cieczą.

Algorytm realizowany przez program wykonywany przez mikroprocesor 5 wyznacza odchylenie środkowej części pęcherzyka powietrza od punktu zerowego. Wynik analizy jest wysyłany na wyjście 6. W ten sposób procesor wagi może odbierać w czasie rzeczywistym informację o położeniu wagi.

Algorytm rozpoznawania charakterystycznych cech fotografowanych obiektów wymaga przy tym spełnienia kilku założeń:

- jedynym jasnym elementem obrazu jest tarcza pojemnika z cieczą, a poza tarczą nie ma żadnych jasnych elementów w polu widzenia przetwornika obrazu,

- w celu wyodrębniania ciemniejszego elementu, jakim jest obwód pęcherzyka powietrza na jasnym tle, jest stosowane tonalne odcinanie progowe,

- oświetlenie tarczy pojemnika z cieczą jest równomierne i jest tak dobrane, aby zakres pomiędzy skrajnymi wartościami tonów tarczy pojemnika nie nakładał się na zakres pomiędzy skrajnymi tonami pęcherzyka powietrza,

- proporcje pomiędzy powierzchnią tarczy pojemnika z cieczą a pozostałymi (ciemnymi) elementami jest przyjęta jako stała.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób monitorowania położenia urządzenia ważącego, znamienny tym, że dokonuje się odczytu obrazu z przetwornika obrazu mikrokamery (3) i filtruje się zakłócenia w obrazie przy pomocy filtru medianowego, a następnie wyznacza się próg odcięcia tonalnego dla umożliwienia identyfikacji krawędzi obiektów, przy czym wyznacza się prostokąty referencyjne (7, 8) opisane zarówno na obwodzie pojemnika z cieczą urządzenia do monitorowania położenia (1) jak i na obwodzie pęcherzyka (2), następnie koryguje się położenie pęcherzyka powietrza dla pozycji kiedy pęcherzyk styka się z krawędzią urządzenia (1) i na podstawie znajomości pozycji dwóch wyznaczonych prostokątów (7, 8) wyznacza się odległość między ich środkami jako przesunięcie w osi x i y, a na końcu odległości w osi x i y między środkami wyznaczonych kwadratów zamienia się na stopnie kątowe i przekazuje się na wyjście urządzenia (6).
2. 2. Urządzenie do monitorowania położenia urządzenia ważącego, zawierające przezroczysty oświetlony pojemnik, wypełniony przezroczystą cieczą i niewielkim pęcherzykiem powietrza, znamienne tym, że oświetlane źródłem światła (4) urządzenie do monitorowania położenia (1) na sztywno połączone jest z obudową wagi i znajduje się w polu widzenia mikrokamery (3) z przetwornikiem obrazu, który jest podłączony do układu mikroprocesorowego (5) z wyjściem (6).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że źródłem światła (4) są diody LED, dobrane i usytuowane tak, by zakresy skrajnych wartości tonów tarczy pojemnika z cieczą i pęcherzyka powi etrza nie nakładały się na siebie.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wykonane jest w kształcie walca (1) z białą tarczą na spodzie walca.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ mikroprocesorowy (5) ma zaimplementowany program do obróbki obrazu.